Устройство для изготовления труб с внутренним винтообразным оребрением

Авторы патента:

Выдрин Александр Владимирович (RU)

Космацкий Ярослав Игоревич (RU)

Баричко Борис Владимирович (RU)

B21C37/20 - изготовление спиральных или подобных направляющих внутри или снаружи труб без снятия стружки, например волочением через оправки или прессованием через матрицы

Владельцы патента RU 2554261:

Открытое акционерное общество "Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности" (ОАО "РосНИТИ") (RU)

Изобретение относится к устройствам для производства труб с внутренним винтообразным оребрением методом прессования. Устройство включает контейнер с размещенной в нем заготовкой, пресс-шайбу, матрицу, пресс-иглу, выполненную на рабочем участке с винтообразными впадинами и выступами и соединенную с приводным механизмом, обеспечивающим вращение пресс-иглы со скоростью, соответствующей скорости прессования. Устойчивое винтообразное течение металла заготовки в очаге деформации и снижение усилия прессования обеспечивается за счет того, что матрица выполнена с заходным коническим и калибрующим участками, на рабочем участке пресс-иглы, прилегающем к телу пресс-иглы и соответствующем длине заходного участка матрицы, винтообразные впадины выполнены с изменяющимся шагом, при этом ширина и глубина каждой впадины уменьшаются к калибрующему участку матрицы, и отношение ширины к глубине впадины является постоянной величиной для всех сечений. Шаг впадин на рабочем участке пресс-иглы, соответствующем длине заходного участка матрицы, регламентирован формулой. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к устройствам для производства труб сложного профиля методом прессования, и может быть использовано при производстве труб с внутренним винтообразным оребрением из цветных металлов и сплавов и высоколегированных труднодеформируемых сплавов.

Известно устройство для изготовления труб с внутренним винтообразным оребрением методом прессования, содержащее контейнер с размещенной в нем заготовкой, пресс-шайбу, матрицу, пресс-иглу, выполненную на всей длине с винтовыми канавками и соединенную с приводным механизмом, обеспечивающим одновременное вращение и поступательное движение пресс-шайбы и пресс-иглы (патент Японии №48-103070, B21C 23/08, B21C 23/14, B21D 53/24, опубл. 24.12.1973). Недостатками этого устройства являются повышенные нагрузки на приводной механизм, получение труб ограниченной длины, определяемое длиной пресс-иглы, и интенсивный износ контейнера.

Наиболее близким технически решением, принятым за прототип, является устройство для изготовления труб с винтообразным оребрением методом прессования, включающее контейнер с размещенной в нем заготовкой, пресс-шайбу, матрицу, пресс-иглу, выполненную на рабочем участке с винтообразными канавками и соединенную с приводным механизмом, обеспечивающим вращение пресс-иглы со скоростью, соответствующей скорости прессования (а.с. СССР №202856, B21C 37/20, B21C 23/10, опубл. 28.09.1967). К недостаткам устройства относятся неустойчивое винтообразное течение металла заготовки в очаге деформации, приводящее к срезу металла заготовки винтообразными канавками пресс-иглы или частичному их заполнению, что не обеспечивает получение требуемого профиля поперечного сечения трубы. Кроме того, для течения металла необходимо приложение значительного усилия прессования, что не позволяет изготавливать трубы с внутренним винтообразным оребрением из высоколегированных труднодеформируемых сплавов.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в обеспечении устойчивого винтообразного течения металла заготовки в очаге деформации и снижении усилия прессования.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для изготовления труб с внутренним винтообразным оребрением методом прессования, включающем контейнер с размещенной в нем заготовкой, пресс-шайбу, матрицу, пресс-иглу, выполненную на рабочем участке с винтообразными впадинами и выступами и соединенную с приводным механизмом, обеспечивающим вращение пресс-иглы со скоростью, соответствующей скорости прессования, согласно изобретению, матрица выполнена с заходным коническим и калибрующим участками, на рабочем участке пресс-иглы, прилегающем к телу пресс-иглы и соответствующем длине заходного участка матрицы, винтообразные впадины выполнены с различным шагом, при этом ширина и глубина каждой впадины уменьшаются к калибрующему участку матрицы, и отношение ширины к глубине впадины является постоянной величиной для всех сечений. Кроме того, шаг впадин S₁ на рабочем участке пресс-иглы, соответствующем длине заходного участка матрицы, определяют по формуле:

где S₂ - шаг впадин на рабочем участке пресс-иглы, соответствующем калибрующему участку матрицы, мм;

D₂ - диаметр выходного отверстия матрицы, мм;

d₂ - условный диаметр пресс-иглы, равный диаметру круга, равновеликого по площади поперечному сечению участка пресс-иглы, соответствующего калибрующему участку матрицы, мм;

D₁ - диаметр входного отверстия матрицы, мм;

d₁ - условный диаметр участка пресс-иглы, соответствующий конкретному сечению заходного участка матрицы, мм.

Обеспечение устойчивого винтообразного течения металла заготовки в очаге деформации происходит за счет плавно изменяющегося шага впадин на рабочем участке пресс-иглы, соответствующем длине заходного участка матрицы, что способствует достаточному накоплению металла во впадинах, глубина и ширина которых уменьшаются к калибрующему участку матрицы и определяются с учетом коэффициента вытяжки металла заготовки. Причем глубина и ширина впадин изменяются таким образом, что площадь поперечного сечения впадин уменьшается пропорционально вытяжке, при этом отношение ширины впадины к ее глубине остается величиной постоянной для всех сечений.

Снижение усилия прессования происходит за счет того, что матрица, выполненная с заходным коническим участком, обеспечивает равномерное распределение скоростей течения металла в матрице по углу матричной воронки. При этом, как показано в работе - Горячее прессование труб и профилей / Ю.В. Манегин, А.Е. Притоманов, Т. Шпиттель, А. Кнаушнер. - М.: Металлургия. - 1980. - 272 с., стр.95, размещение смазочной шайбы в заходном коническом участке матрицы обеспечивает образование непрерывной смазочной пленки на протяжении всего процесса прессования, при этом снижается величина силы трения на контактной поверхности «наружная поверхность трубы - выходной калибрующий участок матрицы» и уменьшается усилие прессования.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображено устройство в разрезе в начальный момент расположения инструмента, на фиг. 2 схематично изображено устройство на стадии установившегося процесса прессования, на фиг. 3 показана пресс-игла в зоне матрицы.

Устройство для изготовления труб с внутренним винтообразным оребрением методом прессования содержит контейнер 1, матрицу 2, в которой размещена смазочная шайба 3 (фиг. 1). В контейнере 1 вдоль оси прессования размещена заготовка 4 с осевым отверстием. На конце полого пуансона 5 установлена пресс-шайба 6 с осевым отверстием. Внутри пуансона 5 соосно размещен иглодержатель 7, связанный с приводным механизмом вращения (на рисунке не показан). В иглодержателе 7 закреплена пресс-игла 8. Матрица 2 выполнена с заходным коническим участком и калибрующим цилиндрическим. Тело пресс-иглы 8 расположено одновременно в осевых отверстиях пресс-шайбы 6 и заготовки 4, обеспечивая расположение прилегающего к телу пресс-иглы рабочего участка длиной L на длине заходного участка матрицы 2.

Диаметры входного отверстия D₁ и выходного D₂ заходного участка матрицы разные по величине, меньший из которых D₂ соответствует наружному диаметру прессуемой трубы 9.

Выполнение матрицы 2 с заходным коническим участком обеспечивает снижение усилия прессования за счет улучшения условий течения металла и повышает износостойкость матрицы. Заходной участок матрицы обеспечивает накопление металла заготовки 4 в винтообразных впадинах пресс-иглы 8 на стадии распрессовки заготовки, при последующем прессовании которой происходит формирование винтообразного оребрения на внутренней поверхности. На рабочем участке L₁ пресс-иглы 8 (фиг. 2), прилегающем к телу пресс-иглы и соответствующем длине заходного участка матрицы, винтообразные впадины выполнены с изменяющимся шагом, при этом ширина и глубина каждой впадины уменьшаются к калибрующему участку матрицы, и отношение ширины к глубине впадины является постоянной величиной для всех сечений на этом участке. На участке пресс-иглы длиной L₂, соответствующем калибрующему участку матрицы, винтообразные впадины и выступы соответствуют винтообразному оребрению на внутренней поверхности трубы. Такое выполнение рабочего участка пресс-иглы обеспечивает повышение надежности процесса прессования за счет устойчивого винтообразного течения металла заготовки в очаге деформации.

В начальной стадии прессования металл заготовки, обтекая пресс-иглу, накапливается в винтообразных впадинах рабочего участка пресс-иглы длиной L₁, выполненных с шагом S₁, который определяют по приведенной формуле.

При дальнейшем перемещении пуансона и одновременном вращении пресс-иглы со скоростью, соответствующей скорости прессования, металл заготовки заполняет винтообразные впадины на участке пресс-иглы длиной L₂, выполненные с шагом S₂, соответствующим шагу оребрения на внутренней поверхности трубы.

Выполнение пресс-иглы 8 сборной конструкции, у которой рабочий участок длиной L жестко соединен с телом пресс-иглы, повышает эксплуатационный ресурс пресс-иглы, так как рабочий участок с винтообразными впадинами и выступами наиболее подвержен повышенному износу в процессе прессования в отличие от тела пресс-иглы. При этом не требуется замена всей пресс-иглы. Кроме того, замена только рабочего участка пресс-иглы, а не всей пресс-иглы, обеспечивает повышение производительности процесса прессования в целом при необходимости изменения размерного сортамента труб. Обеспечивается выполнение профиля поперечного сечения трубы с винтообразным оребрением на внутренней поверхности, что повышает коэффициент выхода годного.

Устройство для изготовления труб с внутренним винтообразным оребрением было опробовано на вертикальном гидравлическом испытательном прессе ПММ-125 усилием 1,25 МН. Реализация предлагаемого устройства потребовала изменения конструкции прессового инструмента и дооснащения пресса специальным приспособлением - приводом вращения иглодержателя.

Пуансон с наружным диаметром 58 мм выполнен с центральным осевым отверстием диаметром 42 мм, в котором расположен иглодержатель с наружным диаметром, равным 40 мм. Наружный диаметр пресс-шайбы составляет 58 мм, а внутренний - соответствует наружному диаметру пресс-иглы, что обеспечивает ее размещение внутри пресс-шайбы.

Цилиндрическую заготовку из свинца марки C1 диаметром 60 мм и высотой 200 мм с центральным осевым отверстием диаметром 22 мм загружали в контейнер диаметром 60 мм. Матрица с заходным коническим участком имеет размеры: диаметр D₁=60 мм и D₂=40 мм. Затем в осевое отверстие заготовки устанавливали пресс-иглу с наружным диаметром 20 мм с двумя винтообразными впадинами шириной 2 мм таким образом, чтобы начало оребрения на пресс-игле совпадало с сечением входного отверстия заходного участка матрицы. На участке пресс-иглы длиной L₂, соответствующем калибрующему участку матрицы, шаг впадин S₂ постоянен и составил 230 мм. На участке пресс-иглы длиной L₁ соответствующем заходному участку матрицы, шаг впадин S₁ непрерывно изменялся и в сечении, примыкающем к телу пресс-иглы, составил 86,5 мм. Глубина и ширина впадин плавно изменяется, например, таким образом, что площадь поперечного сечения впадин уменьшается пропорционально вытяжке, при этом отношение ширины к глубине впадины во всех сечениях является величиной постоянной. На всем участке пресс-иглы длиной L₂, соответствующем калибрующему участку матрицы, глубина и ширина впадин составляют, соответственно 18 и 2 мм.

Контейнер устанавливали вдоль оси прессования, и при перемещении пуансона со скоростью 0,25 мм/с одновременно вращали пресс-иглу, установленную в иглодержателе, с помощью привода вращения с частотой 2,88·10^-3c^-1 (скорость вращения 18,09 рад/с). Таким образом, был реализован процесс прессования труб с внутренним винтообразным оребрением и изготовлена труба со следующими параметрами: наружным диаметром 40 мм, внутренним малым диаметром 18 мм, внутренним большим диаметром 20 мм, двумя внутренними ребрами шириной 2 мм и шагом 230 мм. Длина трубы, за исключением пресс-остатка, составила 450 мм.

Использование предлагаемого устройства для получения труб с внутренним винтообразным оребрением методом прессования позволяет изготавливать трубы со сложным внутренним профилем с возможностью устойчивого винтообразного течения металла заготовки в очаге деформации и снижением усилия прессования. Изобретение может быть использовано при производстве полых изделий с внутренним винтообразным оребрением для применения в теплообменных устройствах, новых конструкциях баллонов, при изготовления ствольных труб для огнестрельного оружия, а также составных, котельных и других видов труб.

1. Устройство для изготовления труб с внутренним винтообразным оребрением методом прессования, содержащее контейнер для размещения в нем заготовки, пресс-шайбу, матрицу, пресс-иглу с телом и рабочим участком, выполненным с винтообразными впадинами, соединенную с приводным механизмом, обеспечивающим вращение пресс-иглы со скоростью, соответствующей скорости прессования, отличающееся тем, что матрица выполнена с заходным коническим и калибрующим цилиндрическим участками, при этом винтообразные впадины на рабочем участке пресс-иглы, прилегающем к телу пресс-иглы и соответствующем длине заходного участка матрицы, по направлению к калибрующему участку матрицы выполнены с изменяющимся шагом и уменьшающимися шириной и глубиной каждой впадины при постоянном отношении ширины и глубины впадин.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шаг впадин S₁ на рабочем участке пресс-иглы, соответствующем длине заходного участка матрицы, определяют по формуле:

где S₂ - шаг впадин на рабочем участке пресс-иглы, соответствующем калибрующему участку матрицы, мм;
D₂ - диаметр выходного отверстия матрицы, мм;
d₂ - условный диаметр пресс-иглы, равный диаметру круга, равновеликого по площади поперечному сечению участка пресс-иглы, соответствующего калибрующему участку матрицы, мм;
D₁ - диаметр заходного отверстия матрицы, мм;
d₁ - условный диаметр пресс-иглы, равный диаметру круга, равновеликого по площади поперечному сечению участка пресс-иглы, соответствующего конкретному сечению заходного участка матрицы, мм.

Изобретения относятся к области изготовления труб со спиральными ребрами на наружной поверхности из различных конструкционных материалов используемых в основном, в теплообменных аппаратах.

Способ и установка для изготовления труб со спиральными ребрами // 2434701

Изобретение относится к области изготовления труб со спиральными ребрами на наружной поверхности из различных металлов и сплавов, используемых в теплообменных аппаратах.

Способ изготовления труб со спиральными ребрами // 2430802

Изобретение относится к способу изготовления труб со спиральными ребрами. .

Способ изготовления труб с винтовыми гофрами и устройство для его осуществления // 2365452

Способ и устройство для изготовления, по меньшей мере, частично профилированных труб // 2338620

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при профилировании труб. .

Способ формирования многозаходных спиральных рифлей // 2316403

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении осколочных оболочек боеприпасов для формирования на внутренней поверхности трубчатых заготовок с дном многозаходных спиральных рифлей встречного направления.

Способ изготовления выступов на поверхности корпуса боеприпаса // 2205356

Изобретение относится к способу изготовления кассетных боеприпасов. .

Способ изготовления оболочки осколочного боеприпаса // 2171445

Изобретение относится к боеприпасам, а более конкретно к снарядам, реактивным снарядам или минам с боеголовкой осколочно-фугасного действия, имеющей оболочку с насечками для равномерного дробления на осколки.

Способ изготовления труб с винтовыми гофрами // 2152838

Изобретение относится к обработке металлов давлением. .

Способ изготовления труб с винтовыми гофрами и устройство для его осуществления // 2152837

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения гофрированных труб. .

Способ изготовления труб со спиральными ребрами из химически активных металлов и сплавов // 2580777

Изобретение относится к области изготовления труб с наружными спиральными ребрами, используемых в теплообменных аппаратах. Способ включает закрутку трубы с наружными продольными ребрами в процессе ее продольного перемещения при местном нагреве трубы, подачу инертного газа на внутреннюю и на наружную поверхности трубы с ее охлаждением. Изготовление труб с постоянным шагом и требуемым качеством поверхности без использования процессов щелочного травления обеспечивается за счет того, что подачу инертного газа начинают перед включением местного нагрева, на наружную поверхность трубы инертный газ подают в зону местного нагрева трубы и на участок трубы, выходящий из этой зоны, местный нагрев трубы производят до регламентированной температуры, при этом охлаждение трубы осуществляют до температуры, не превышающей температуру образования окисного слоя, растворимого кислотным травлением. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

Способ получения труб с внутренним винтообразным оребрением и устройство для его осуществления // 2582842

Изобретение относится к области изготовления труб сложного профиля на вертикальном прессе. На боковой поверхности контейнера выполняют отверстие, в котором устанавливают матрицу под прямым углом к оси пуансона в матрице-держателе, в контейнер подают заготовку. Изготовление труб большой длины без использования дополнительного оборудования обеспечивается за счет того, что с противоположной стороны контейнера в отверстие вводят пресс-иглу, выполненную с винтообразными впадинами и выступами на рабочем участке и с закрепленным на ее конце сверлом, которую размещают под углом к оси действия пресса. Вращая пресс-иглу до совмещения границы ее рабочего участка с поперечным сечением входного отверстия матрицы, в заготовке вдоль оси прессования просверливают сквозной канал. В контейнер вводят пуансон с закрепленной на нем пресс-шайбой и одновременно воздействуют пуансоном на заготовку и возобновляют вращение пресс-иглы. Пресс-иглу вращают с угловой скоростью, обеспечивающей один оборот иглы при подаче металла заготовки пуансоном на один шаг винтообразного оребрения. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ изготовления сетки рифлей на внутренней поверхности оболочки и устройство для его осуществления // 2586173

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении оболочек с сеткой рифлей на внутренней поверхности. Для формирования сетки рифлей используют полую рабочую оправку c продольным разрезом и с сеткой выступов на наружной поверхности. Оболочку устанавливают в контейнер, вводят в нее с зазором оправку и производят упругую раздачу последней инструментальным стержнем. В результате происходит формообразование сетки углублений на внутренней поверхности оболочки за исключением участка, прилегающего к продольному разрезу рабочей оправки. Раздачу осуществляют с коэффициентом раздачи, который определяют из приведенного соотношения. Затем инструментальный стержень и оправку извлекают из полости оболочки и производят поворот оболочки или оправки вокруг оси на угол 90°÷180°. При этом при последующем повторном введении в полость оболочки оправки обеспечивают расположение ее выступов в ранее сформированных углублениях оболочки. Повторно осуществляют упругую раздачу оправки и формируют сетку углублений на необработанном участке поверхности оболочки. В результате обеспечивается возможность получения рифлей, имеющих различные форму и габаритные размеры. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 1 пр.

Способ изготовления сетки рифлей на внутренней поверхности оболочки и устройство для его осуществления // 2591904

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении оболочек с сеткой рифлей на внутренней поверхности. На внутренней поверхности полой заготовки формообразуют сетку рифленых канавок посредством матрицы для обжима с конической рабочей поверхностью с углом конусности 10-45° и центрального инструментального стержня с сеткой рифленых выступов. Формообразование канавок ведут последовательно по участкам. При этом на полой заготовке образуют участок конической формы обжимом последней с коэффициентом обжима К=1,2 … 1,8. Для этого полую заготовку проталкивают через матрицу на шаг, кратный длине заготовки. Рифленые выступы рабочей поверхности стержня, выполненной с углом конусности 10-45°, внедряют во внутреннюю поверхность конического участка заготовки. Производят формоизменение упомянутого конического участка с сеткой рифленых канавок в участок цилиндрической формы. Формоизменение осуществляют путем перемещения полой заготовки в осевом направлении на шаг с одновременным образованием на ней последующего участка конической формы. В результате обеспечивается возможность получения сетки рифлей различных формы и размеров при одновременном сокращении количества операций. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

Способ изготовления сетки рифлей на внутренней поверхности оболочки и устройство для его осуществления // 2612052

Изобретение относится к специальному производству оболочек с насечками на внутренней поверхности с образованием сетки рифлей. Сетку рифлей изготавливают с фасками под углом 120° относительно вершины рифля, редуцирование осуществляют с переменной толщиной стенки по высоте оболочки с углом конусности γ=arctg0,5(dнб-dнм)/L, где dнб и dнм - наибольший и наименьший диаметры спирального выступа, мм; L – длина оболочки, в осевом направлении, мм. В конце каждого редуцирования выполняют осевое перемещение заготовки без ее проворота относительно рабочей вставки на величину 0,1-0,2 глубины рифля, а затем свинчивают заготовку. В устройстве толкатель выполнен с глухой полостью. В полости толкателя зафиксированы шпильками пружина и инструментальный стержень с возможностью осевого перемещения, между торцами толкателя и рабочей вставки имеется конструктивно рассчитываемый зазор hoc, форма поверхности спиральных выступов в поперечном сечении рабочей вставки выполнена с углом при вершине 60° высотой 0,8 от глубины рифля, переходящей в поверхность с углом конусности 120° и общей высотой спирального выступа, равной 1,25-1,3 от глубины рифля. Рабочая боковая поверхность рабочей вставки выполнена конусной с углом конусности γ. Изобретение позволяет повысить качество получения сетки ромбических рифлей на внутренней поверхности оболочки без образования заусенцев при свинчивании и снизить трудоемкость процесса. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Способ изготовления осколочной оболочки корпуса снаряда // 2632726

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении осколочных оболочек боеприпасов. На внутренней поверхности трубчатой заготовки с дном формируют многозаходные спиральные рифли противоположного направления, образующие сетку выступов ромбической формы. Формирование производят за две последовательные операции редуцирования протяжкой. Первую операцию осуществляют с использованием центрального стержня с инструментальными спиральными выступами, угол наклона которых составляет 32-33°. На второй операции используют центральный стержень с углом наклона инструментальных спиральных выступов, составляющим 30-31°. Съем обработанной трубчатой заготовки осуществляют вывинчиванием из нее центрального стержня при торможении заготовки на кольцевом съемнике. Съемник выполнен в виде перемещаемых в радиальном направлении полуколец. Диаметр колец при смыкании меньше наружного диаметра обработанной заготовки. Съемник располагают под матрицей. В результате обеспечивается повышение точности полученных изделий. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.